全 文 ：东北地区高温对玉米生产的影响及对策∗
尹小刚１　 王　 猛１　 孔箐锌２　 王占彪１　 张海林１　 褚庆全１　 文新亚１　 陈　 阜１∗∗
（ １中国农业大学农学与生物技术学院 ／农业部农作制度重点实验室， 北京 １００１９３； ２农业部规划设计研究院， 北京 １０００２６）
摘　 要　 极端高温是制约东北农作区玉米生产的主要气象灾害之一．本文通过研究气候变暖
背景下玉米不同生育时期内日最高温度大于 ３０ ℃的积温（ＡＴ）和日最高温度大于 ３０ ℃的天
数（ＡＤ）的时空变化特征，分析了极端高温对东北农作区不同地区玉米生产的影响，并探讨了
应对高温的对策．结果表明： １９６１—２０１０年，东北农作区玉米生育期内温度显著升高，开花期
（花前花后 ２０ ｄ）最高温度明显大于其他生育时期，玉米全生育期、营养生长期（播种到开花前
１１ ｄ）、花期和生育后期（开花后 １１ ｄ到收获）４个时期日最高温度的气候趋向率分别为 ０．１６、
０．１４、０．０６和 ０．２３ ℃·１０ ａ－１ ．近 ５０年东北农作区玉米全生育期 ＡＴ 明显增加，西南部地区的
ＡＴ明显高于其他区域，营养生长期 ＡＴ的增加趋势明显大于其他两个时期．玉米全生育期 ＡＤ
明显增加，高值区也主要集中在西南部地区，生育后期的 ＡＤ 的增加趋势大于其他两个生育
时期．东北农作区玉米生育期内极端高温显著影响玉米生产，其中营养生长期的极端高温对
玉米产量的不利影响十分显著，松辽平原地区玉米生产的高温风险明显大于其他地区．优化
作物布局，培育耐高温品种，调整玉米生产管理措施，构建防灾减灾玉米生产体系是东北农作
区玉米生产应对高温风险的有效措施．
关键词　 气候变化； 玉米； 极端高温； 东北农作区； 时空变化
∗国家公益性行业（农业）科研专项（２０１１０３００１）和国家重点基础研究发展计划项目（２０１０ＣＢ９５１５０２）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｃｈｅｎｆｕ＠ ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
２０１４⁃０５⁃２９收稿，２０１４⁃１０⁃１１接受．
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０１－０１８６－１３　 中图分类号　 Ｓ１５２．７， Ｓ５１２．１　 文献标识码　 Ａ
Ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｍａｉｚｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｎ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｃｈｉ⁃
ｎａ． ＹＩＮ Ｘｉａｏ⁃ｇａｎｇ１， ＷＡＮＧ Ｍｅｎｇ１， ＫＯＮＧ Ｑｉｎｇ⁃ｘｉｎ２， ＷＡＮＧ Ｚｈａｎ⁃ｂｉａｏ１， ＺＨＡＮＧ Ｈａｉ⁃ｌｉｎ１，
ＣＨＵ Ｑｉｎｇ⁃ｑｕａｎ１， ＷＥＮ Ｘｉｎ⁃ｙａ１， ＣＨＥＮ Ｆｕ１ （ １ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｉｎａ
Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ／ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆａｒｍｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９３，
Ｃｈｉｎａ； ２Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２６，
Ｃｈｉｎａ） ．⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（１）： １８６－１９８．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｈｅａｔ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ａｇｒｏ⁃ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｈａｚａｒｄｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ｍａｉｚｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆａｒｍｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ （ＮＦＲ）． Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ
ｓｐａｔｉａｌ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｂｏｖｅ ３０ ℃ （ＡＴ） ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｄａｙｓ ｗｉｔｈ
ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｂｏｖｅ ３０ ℃ （ＡＤ） ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍａｉｚｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｐｈａｓｅｓ ｕｎｄｅｒ ｇｌｏｂａｌ ｗａｒ⁃
ｍｉｎｇ． Ｉｔ ｆｕｒｔｈｅｒ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｈｅａｔ ｏｎ ｍａｉｚｅ ｙｉｅｌｄ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｇｉｏｎｓ， ａｎｄ ｐｕｔ
ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｍｅ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｃｏｐｅ ｗｉｔｈ ｈｅａｔ ｓｔｒｅｓｓ ｆｏｒ ｍａｉｚｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ＮＦＲ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｄｕｒｉｎｇ １９６１ ｔｏ ２０１０， ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｉｚｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ⁃
ｌｙ． Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ｐｈａｓｅ ｗａｓ ｍｕｃｈ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｇｒｏｗｉｎｇ
ｐｈａｓｅｓ． Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｔ ｒａｔｅｓ ｏｆ ０． １６， ０．１４， ０．０６ ａｎｄ ０．２３ ℃ ｅｖｅｒｙ ｔｅｎ ｙｅａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ
ｗｈｏｌｅ ｍａｉｚｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ， ｖｅｇｅｔａｔｉｖｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｈａｓｅ （ ｆｒｏｍ ｓｏｗｉｎｇ ｔｏ １１ ｄａｙｓ ｂｅｆｏｒｅ ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ），
ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ｐｈａｓｅ， ａｎｄ ｌａｔｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｈａｓｅ （ ｆｒｏｍ １１ ｄａｙｓ ａｆｔｅｒ ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ｔｏ ｍａｔｕｒｉｔｙ）， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．
Ｔｈｅ ＡＴ ｉｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｍａｉｚｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ＮＦＲ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｌａｓｔ ５０ ｙｅａｒｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｉｇｈ⁃
ｅｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ ｐａｒｔ ｏｆ ＮＦＲ， ａｎｄ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｖｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｈａｓｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆａｓｔｅｒ ｔｈａｎ ｉｎ ｔｈｅ
ｏｔｈｅｒ ｔｗｏ ｐｈａｓｅｓ． Ｔｈｅ ＡＤ ｉｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｍａｉｚｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｌａｓｔ ５０ ｙｅａｒｓ ｗｉｔｈ
ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ ｐａｒｔ ｏｆ ＮＦＲ， ａｎｄ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｔｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｈａｓｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆａｓｔｅｒ ｔｈａｎ ｉｎ
ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｔｗｏ ｐｈａｓｅｓ． Ｈｅａｔ ｓｔｒｅｓｓ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｍａｉｚｅ ｙｉｅｌｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｉｚｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ，
ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｖｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｈａｓｅ． Ｔｈｅ ｈｅａｔ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ Ｓｏｎｇｌｉａｏ Ｐｌａｉｎ ｗａｓ ｍｕｃｈ ｈｉｇｈｅｒ ｉｎ
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 １月　 第 ２６卷　 第 １期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｊａｎ． ２０１５， ２６（１）： １８６－１９８
ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｒｅｇｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｈｅａｔ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ＮＦＲ
ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｃｒｏｐ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｃｕｌｔｉｖａｔｉｎｇ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｍａｉｚｅ ｖａｒｉｅｔｉｅｓ， ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ
ｍａｉｚｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｉｚｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈａｔ ｃｏｕｌｄ ｃｏｐｅ ｗｉｔｈ
ｄｉｓａｓｔｅｒｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ； ｍａｉｚｅ； ｈｅａｔ ｓｔｒｅｓｓ； ｆａｒｍｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ； ｓｐａｔｉａｌ⁃ｔｅｍｐｏ⁃
ｒａｌ ｃｈａｎｇｅ．
　 　 全球变暖已成为不争的事实，ＩＰＣＣ 第四次评估
报告显示， 过去 １００ 年全球地面温度升高了
０．７４ ℃ ［１］ ．全球变暖给农业生产带来诸多影响［２－３］；
同时，气候变暖引起的极端高温事件频繁发生，严重
威胁着全球的粮食安全．玉米是世界第一大种植作
物，也是受极端高温天气影响较大的作物之一［４－１１］ ．
气候变暖使玉米生长发育加速，花期提前，雌穗分化
数量明显减少，果穗变小［１２］ ．营养生长期的高温将
迫使光合速率降低［１３］，当温度超过 ３０ ℃后，Ｒｕｂｉｓｃｏ
的失活是玉米叶片光合速率下降的主要原因［１４］ ．大
喇叭口期到成熟期的高温将显著降低玉米籽粒产
量、穗位叶光合速率和叶绿素含量等［１５］ ．抽雄吐丝
期是玉米对高温胁迫最敏感的时期之一，此时期的
高温会对玉米的光合作用、干物质生产及籽粒灌浆
产生很大的影响［１６－１７］ ．花期前后高温胁迫对玉米的
光合有显著的影响，导致玉米产量显著降低，品质也
受到显著影响［１８－１９］ ．玉米生育后期的高温使玉米提
前结束生育进程而进入成熟期，灌浆时间缩短，干物
质积累量明显减少，产量大幅度下降［２０－２１］ ． Ｌｏｂｅｌｌ
等［６，８－９］研究表明，大于 ３０ ℃的高温将对美国玉米
生产造成不利影响，玉米花期对高温极为敏感，花期
高温将影响玉米开花吐丝；高温同时也加大了植株
对水分的需求，加剧了干旱风险的发生．极端高温对
非洲玉米生产影响同样显著，日最高温度大于 ３０ ℃
的积温每增加 １ ℃，将导致玉米减产 １．７％．目前国
内的研究大多关注玉米高温胁迫机理，缺乏对区域
高温风险及其对玉米产量的影响方面的相关研究．
东北农作区玉米种植面积为 ８．９×１０６ ｈｍ２，约占
全国玉米种植面积的 ２９％［２２］，是我国最主要的玉米
产区，也是我国受气候变化影响最显著的地区之一，
过去 ５０年的增温速率达到了 ０．３８ ℃·１０ ａ－１［２３－２６］ ．
近年来东北农作区玉米种植面积大幅度增加，极端
高温事件频繁发生，使得该地区玉米生产的高温风
险明显增加．分析东北农作区极端高温的时空分布
特征及其对玉米的影响对于该地区玉米生产具有重
要意义．本文在前人研究的基础上，选取东北农作区
５４个气象站点 １９６１—２０１０ 年的逐日气象数据，分
析气候变暖背景下玉米不同生育时期极端高温的时
空分布特征；结合东北农作区 ６ 个典型玉米生产站
点 １９６１—２０１０年的玉米产量数据，研究不同生育时
期内极端高温对玉米生产的影响，探讨不同生态类
型区玉米生产的高温风险及其应对措施，为减轻气
候变暖对东北农作区玉米生产的不利影响提供理论
支撑．
１　 研究区域与研究方法
１􀆰 １　 研究区域概况
东北农作区是指东北平原及其东北部山地和山
前的丘陵漫岗坡地，包括内蒙古东北角，黑龙江省、
吉林省和辽宁省大部（图 １）．按照《中国农作制》 ［２７］
的分区方法，东北农作区包含兴安岭区、三江平原
区、松辽平原区、长白山区和辽东滨海区等 ５ 个亚
区．东北农作区耕地面积为 １．４２×１０７ ｈｍ２，占全国耕
地面积的 １５％．该区地处寒温带、中温带湿润半湿润
气候区，常年大于 １０ ℃活动积温为 １５００ ～ ３６００ ℃，
年平均气温－５ ～ １０ ℃ ，夏季平均气温２０ ～ ２５ ℃ ，
图 １　 东北农作区概况及 ５４个气象站点和 ６ 个典型玉米站
点分布
Ｆｉｇ． １ 　 Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｆａｒｍｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ
（ＮＦＲ） ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ５４ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔａｔｉｏｎｓ
ａｎｄ ６ ｔｙｐｉｃａｌ ｍａｉｚｅ ｓｔａｔｉｏｎｓ．
７８１１期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 尹小刚等： 东北地区高温对玉米生产的影响及对策　 　 　 　 　
无霜期 １４０～１７０ ｄ，年降雨量 ５００ ～ ８００ ｍｍ，主要集
中在 ７—９ 月．玉米是东北农作区最主要的粮食作
物，其种植面积占该地区粮食种植面积的 ４０％以
上，是我国著名的黄金玉米带［２８］ ．
１􀆰 ２　 数据来源
玉米物候期数据来自国家气象局，包括 １９８１—
２０１０年共 ４４ 个站点的逐年播种、开花和收获期的
详细记录．各个气象站点所在区域的玉米播种、开花
和收获的日期基于其对应的物候期站点记录或者其
临近的物候期站点记录所确定．由于花期是对高温
最敏感的时期，因此本文将玉米全生育期划分为营
养生长期（播种到开花前 １１ ｄ）、开花期（花前花后
２０ ｄ）和生育后期（花后 １１ ｄ 到收获）等 ３ 个阶段．
日最高温度数据来自于中国气象科学数据共享服务
网，包括 １９６１—２０１０ 年共 ５４ 个气象站点的逐日记
录数据．富锦、明水、前郭、公主岭、阜新和庄河等 ６
个典型站点的玉米单产数据来自中国种植业信息
网，包括 １９６１—２０１０年逐年的产量数据．
１􀆰 ３　 研究方法
１􀆰 ３􀆰 １气候趋向率　 气候趋向率是指气候要素多年
变化趋势，多以气候要素时间序列的线性回归斜率
的 １０倍来表示［２９］ ．用 ｘｉ表示样本量为 ｎ的某气候变
量，ｔｉ表示 ｘｉ对应的时间，建立 ｘｉ与 ｔｉ的回归方程：
ｘｉ ＝ａ＋ｂｔｉ 　 （ ｉ＝ １，２，３，…，ｎ） （１）
式中：ｘ为要素值；ａ 为常数项；ｂ 为回归系数；ｉ 为时
间序列的年份，气候趋向率等于回归系数 ｂ的 １０倍．
１􀆰 ３􀆰 ２极端高温评价指标 　 日最高温度大于 ３０ ℃
的积温（ＡＴ）和日最高温度大于 ３０ ℃的天数（ＡＤ）
是评价玉米生育期内高温风险最常用的两个指
标［８－９，１１］，其计算过程如下：
ＡＴ ＝∑
Ｎ
ｔ ＝ １
ＡＴｔ
ＡＴｔ ＝
０
（Ｔ － Ｔｏｐｔ）{ 　
Ｔ ≤ Ｔｏｐｔ
Ｔ ＞ Ｔｏｐｔ
（２）
式中：Ｔ代表日最高温度；Ｔｏｐｔ代表玉米生长季生物
学上限温度，大量研究表明，东北地区玉米生长的适
宜温度范围为 １０ ～ ３０ ℃ ［１６－１７，２１］，因此，本研究也以
３０ ℃作为玉米生长过程中最高温度的临界值；ＡＴｔ
代表每天大于 ３０ ℃的温度；Ｎ代表玉米某个生育阶
段的天数；ＡＴ代表玉米某个生育期内日最高温度大
于 ３０ ℃的积温．
１􀆰 ３􀆰 ３ Ｍａｎｎ⁃Ｋｅｎｄａｌｌ 检测 　 Ｍａｎｎ⁃Ｋｅｎｄａｌｌ 检测法由
Ｍａｎｎ于 １９４５年提出，经过不断发展，成为一种能够
检测气候突变的方法，其检测范围宽、定量化程度
高．目前 Ｍａｎｎ⁃Ｋｅｎｄａｌｌ检测法被广泛应用于降水、温
度和干旱等气候变化研究中．Ｍａｎｎ⁃Ｋｅｎｄａｌｌ 检测法
的原理见参考文献［３０－３１］．
１􀆰 ３􀆰 ４极端高温对玉米产量的影响　 玉米单产受到
气候、品种、技术、市场和政策等综合因素的影响，表
现出一定的变化趋势．因此，本文采用最小二乘法，
剔除非气候因子对产量变化的影响［３２］ ．由于政策和
技术的变化经常导致产量的突变，分析时以每 １０ 年
为一个时间段剔除趋势产量．经过剔除趋势产量后
的玉米产量更能反映气候变化的贡献．
Ｙｐｒｅｄ ＝ａｘ＋ｂ （３）
Ｒｅｓ ＝Ｙｏｂｓ－Ｙｐｒｅｄ （４）
式中：Ｙｐｒｅｄ代表时间趋势产量；ａ代表产量变化趋势；
ｂ代表截距；Ｙｏｂｓ代表实际的玉米产量；Ｒｅｓ代表剔除
趋势单产后的气候单产．运用 Ｐｅａｒｓｏｎ相关分析法分
析 ＡＴ、ＡＤ 与 Ｒｅｓ之间的相关性，探讨极端高温对玉
米产量的影响．
１􀆰 ４　 数据的统计分析和空间分析
运用 ＳＡＳ ９．２ 软件进行统计分析，主要检验气
候资源、玉米单产与年份之间的相关性和极端高温
与产量之间的相关性；运用 Ｒ 软件检测气候资源的
突变点；运用 ＡｒｃＧＩＳ １０．２软件的反距离权重插值法
（ｉｎｖｅｒｓｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｗｅｉｇｈｔ， ＩＤＷ）分析不同年代 ＡＴ 和
ＡＤ的空间变化特征．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 东北农作区玉米生育期
东北农作区玉米播种期从南到北逐渐推迟，全
地区的播种日期为 ４ 月 １６ 日到 ５ 月 １９ 日，辽东滨
海区播种最早，多年的平均播种日期为 ４ 月 １６ 日；
兴安岭区的伊春一带播种最晚，多年的平均播种日
期为 ５ 月 １９ 日．全区玉米开花期相差不大，辽东滨
海区的庄河一带开花最早，多年平均为 ７ 月 １７ 日；
松辽平原区的克山、富裕一带开花最晚，多年平均为
７月 ３０日．东北农作区玉米的收获期大致为 ９ 月 １３
日到 １０ 月 １ 日，北部地区收获较早，南部地区收获
较晚．东北农作区典型站点玉米播种、开花和收获的
日期以及各个生育时期的天数见表 １．本文主要分析
玉米不同生育时期内极端高温的时空变化特征及其
对玉米生产的影响．
２􀆰 ２　 玉米生长季日最高温度变化特征
１９６１—２０１０年东北农作区玉米全生育期、营养
生长期、开花期及生育后期的平均日最高气温分别
为２４．７、２４．１、２７．６和２４．７ ℃ （图２） ．近５０年来，玉
８８１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
表 １　 近 ３０年东北农作区典型站点玉米播种、开花和收获日期及各个生育时期天数
Ｔａｂｌｅ １　 Ｄａｔｅ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｓｏｗｉｎｇ， ａｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｈａｒｖｅｓｔ ａｎｄ ｄａｙｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｔａｇｅ ｉｎ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ ＮＦＲ ｄｕｒｉｎｇ ｌａｓｔ ３０ ｙｅａｒｓ
站点
Ｓｔａｔｉｏｎ
播种
Ｓｏｗｉｎｇ
开花
Ａｎｔｈｅｓｉｓ
收获
Ｈａｒｖｅｓｔ
营养生长期
Ｖｅｇｅｔａｔｉｖｅ ｇｒｏｗｔｈ
ｐｈａｓｅ （ｄ）
开花期
Ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ
ｐｈａｓｅ （ｄ）
生育后期
Ｌａｔｅ ｇｒｏｗｔｈ
ｐｈａｓｅ （ｄ）
明水 Ｍｉｎｇｓｈｕｉ ０５⁃０４ ０７⁃２６ ０９⁃２５ ７２ ２１ ５１
富锦 Ｆｕｊｉｎ ０５⁃０７ ０７⁃２１ ０９⁃２１ ６４ ２１ ５２
前郭 Ｑｉａｎｇｕｏ ０４⁃２８ ０７⁃２１ ０９⁃２８ ７３ ２１ ５９
公主岭 Ｇｏｎｇｚｈｕｌｉｎｇ ０４⁃２５ ０７⁃２１ ０９⁃２５ ７６ ２１ ５６
阜新 Ｆｕｘｉｎ ０４⁃２３ ０７⁃２２ ０９⁃２３ ７９ ２１ ５３
庄河 Ｚｈｕａｎｇｈｅ ０４⁃１７ ０７⁃１９ ０９⁃１７ ８２ ２１ ５０
东北 Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ ０５⁃０１ ０７⁃２３ ０９⁃２１ ７２ ２１ ５０
各个站点播种、开花和收获日期是 １９８１—２０１０年各个站点玉米播种、开花和收获日期记录值的平均值 Ｔｈｅ ｓｏｗｉｎｇ， ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｈａｒｖｅｓｔ ｄａｔｅｓ ｏｆ
ｅａｃｈ ｓｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｔｈｅ ｍｅａｎ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｏｒｄｓ ｆｒｏｍ １９８１ ｔｏ ２０１０．
图 ２　 １９６１—２０１０年东北农作区玉米各生育期日最高温度的变化
Ｆｉｇ．２　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｎ ＮＦＲ ｆｒｏｍ １９６１ ｔｏ ２０１０．
ａ）营养生长期 Ｖｅｇｅｔａｔｉｖｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｈａｓｅ； ｂ）开花期 Ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ｐｈａｓｅ； ｃ）生育后期 Ｌａｔｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｈａｓｅ； ｄ）全生育期 Ｗｈｏｌｅ ｇｒｏｗｔｈ ｓｅａｓｏｎ． 下同 Ｔｈｅ
ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
米全生育期内日最高温度波动较大．玉米全生育期
内平均日最高温度呈显著升高趋势，气候趋向率为
０．１６ ℃·１０ ａ－１（图 ２ｄ）．Ｍ⁃Ｋ检测结果显示，过去 ５０
年东北农作区玉米全生育期内的日最高温度在
１９７９年经历了明显的突变，１９７９年前日最高温度增
加趋势缓慢，１９７９ 年后日最高温度显著增加 （图
３ｄ）．在玉米营养生长期，日最高温度波动大，整体呈
上升趋势但不显著（图 ２ａ）；该时期的日最高温度在
１９９５年经历了明显的突变，１９９５年前日最高温度无
明显的增加趋势，１９９５年后日最高温度增加趋势明
显（图 ３ａ）．玉米开花期日最高温度最高，近 ５０ 年增
温趋势不明显，但是年际间波动较大（图 ２ｂ）；无明
显的突变趋势（图 ３ｂ）．玉米生育后期，日最高温度
呈显著增加趋势，气候趋向率为 ０．２３ ℃·１０ ａ－１（图
２ｃ）；１９７３年是该时期日最高温度的突变点，１９７３ 年
前日最高温度增加趋势不明显，１９７３ 年后日最高温
度呈显著上升趋势（图 ３ｃ）．
２􀆰 ３　 玉米生长季 ＡＴ的变化特征
２􀆰 ３􀆰 １时间变化特征　 １９６１—２０１０年玉米全生育期
ＡＴ平均值为 ２７．７ ℃·ｄ，近 ５０年来 ＡＴ呈升高趋势
但不显著，１９８２、１９９７、１９９９、２０００ 和 ２００１ 年 ＡＴ 明
显高于多年平均值，分别为 ７１．５、７３．６、５５．３、８５􀆰 ２ 和
５７．２ ℃·ｄ（图 ４ｄ）；１９９９年是该时期 ＡＴ的突变年，
１９９９年前 ＡＴ波动较大，但无明显的增加趋势，１９９９
９８１１期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 尹小刚等： 东北地区高温对玉米生产的影响及对策　 　 　 　 　
图 ３　 １９６１—２０１０年东北农作区玉米各生育期日最高温度突变检测
Ｆｉｇ．３　 Ｍａｎｎ⁃Ｋｅｎｄａｌｌ ｔｅｓｔ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｍａｉｚｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｎ ＮＦＲ ｆｒｏｍ １９６１ ｔｏ ２０１０．
ｚ１： 基于原始数据序列生成的正态分布序列 Ｄａｔａ ｓｅｒｉｅｓ ｆｏｌｌｏｗｓ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｎｏｒｍａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｄａｔａ ｓｅｒｉｅｓ； ｚ２： 基于原
始数据相反序列生成的正态分布序列 Ｄａｔａ ｓｅｒｉｅｓ ｆｏｌｌｏｗｓ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｎｏｒｍａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｄａｔａ ｓｅｒｉｅｓ； 虚线代表
９５％置信水平 Ｔｈｅ ｄｏｔｔｅｄ ｌｉｎｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ ９５％ ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ ｌｅｖｅｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
图 ４　 １９６１—２０１０年东北农作区玉米各生育期日最高温度大于 ３０ ℃积温的变化
Ｆｉｇ．４　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｂｏｖｅ ３０ ℃（ＡＴ） ｏｆ ｍａｉｚｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｎ ＮＦＲ ｆｒｏｍ １９６１ ｔｏ ２０１０．
年后 ＡＴ呈明显的增加趋势（图 ５ｄ）．玉米营养生长
期的 ＡＴ 平均值为 １５．２ ℃·ｄ，呈增加趋势，１９８２、
１９９７、２０００、２００１和 ２０１０年 ＡＴ明显高于多年均值，
分别为 ３９􀆰 ４、３５􀆰 ０、 ６５􀆰 １、 ３９􀆰 ３ 和 ４２􀆰 ６ ℃·ｄ （图
４ａ）；该时期 ＡＴ 在 １９９５ 年经历了明显的突变，１９９５
年前 ＡＴ变化波动较大，无明显的增加趋势，１９９５年
０９１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
图 ５　 １９６１—２０１０年东北农作区玉米各生育期日最高温度大于 ３０ ℃积温的突变检测
Ｆｉｇ．５　 Ｍａｎｎ⁃Ｋｅｎｄａｌｌ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｂｏｖｅ ３０ ℃ （ＡＴ） ｏｆ ｍａｉｚｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｎ ＮＦＲ ｆｒｏｍ
１９６１ ｔｏ ２０１０．
后 ＡＴ呈显著上升趋势（图 ５ａ）．玉米开花期 ＡＴ 平
均值为 ６．９ ℃·ｄ，１９９７年玉米开花期 ＡＴ值是近 ５０
年来的最高值，为 ３１ ℃·ｄ；玉米开花期 ＡＴ 值波动
大，增加趋势不明显（图 ４ｂ）；该时期 ＡＴ 无明显的
突变趋势（图 ５ｂ）．玉米生育后期 ＡＴ 平均值为 ５．５
℃·ｄ，其中 １９８２、１９８８、１９８９ 和 ２００９ 年的 ＡＴ 明显
大于其他年份，分别为 ２０． ０、 １７􀆰 ２、 １４􀆰 ８ 和 １６􀆰 ２
℃·ｄ，除以上 ４ 年 ＡＴ 值较大外，玉米生育后期的
ＡＴ变化波动较小，增加趋势不明显（图 ４ｃ）；该时期
ＡＴ无明显的突变趋势（图 ５ｃ）．
２􀆰 ３􀆰 ２空间变化特征　 东北农作区玉米不同生育时
期 ＡＴ的空间分布差异较大．近 ５０ 年东北农作区玉
米全生育期的 ＡＴ平均值为 ５～６５ ℃·ｄ；兴安岭区、
三江平原区和长白山区的 ＡＴ 值较小，松辽平原区
和辽东滨海区的 ＡＴ 值较大；近 ５０ 年来 ８０ 年代东
北农作区 ＡＴ值最小，９０年代和 ２１世纪初整个区域
的 ＡＴ值较高（图 ６ｄ）．东北农作区玉米营养生长期
的 ＡＴ值为 ０～３５ ℃·ｄ；辽东滨海区、长白山区的南
部地区以及兴安岭区的 ＡＴ 值较小，三江平原区和
松辽平原区的 ＡＴ值较大；８０年代 ＡＴ值最小，９０ 年
代和 ２１世纪初整个区域的 ＡＴ值最高（图 ６ａ）．近 ５０
年玉米开花期 ＡＴ平均值为 ０～２０ ℃·ｄ，ＡＴ高值区
主要分布在松辽平原区的西南部、辽东滨海区和长
白山区的南部，其他地区 ＡＴ 值较小；其中 ６０ 年代
ＡＴ值最小，９０年代的 ＡＴ值最大（图 ６ｂ）．近 ５０年玉
米生育后期的 ＡＴ 值为 ０ ～ ２０ ℃·ｄ，松辽平原南部
地区和辽东滨海区 ＡＴ值较大，兴安岭区、三江平原
区、松辽平原区的北部地区以及长白山区的北部地
区 ＡＴ值较低；７０ 年代 ＡＴ 值最低，８０ 年代和 ２１ 世
纪初 ＡＴ值较高（图 ６ｃ）．
２􀆰 ４　 玉米生长季 ＡＤ的变化特征
２􀆰 ４􀆰 １时间变化特征　 １９６１—２０１０年玉米全生育期
内 ＡＤ平均值为 １６．６ ｄ；玉米全生育期内 ＡＤ呈增加
趋势，年际波动较大（图 ７ｄ）；１９９９ 年是该时期 ＡＤ
的突变年，１９９９ 年前 ＡＤ 无明显增加趋势，１９９９ 年
后 ＡＤ增加趋势明显（图 ８ｄ）．近 ５０年来玉米营养生
长期 ＡＤ波动较大，极端高温天数较多的年份包括
１９８２、１９９７、２０００、２００１ 和 ２０１０ 年，１９６１—２０１０ 年
ＡＤ呈增加趋势但不显著（图 ７ａ）；１９９５ 年是该时期
ＡＤ的突变年，１９９５年前 ＡＤ无明显变化，１９９５ 年后
ＡＤ显著增加（图 ８ａ）．１９６１—２０１０年玉米开花期 ＡＤ
的平均值为 ４．３ ｄ，年际间波动较大，近 ５０ 年来无明
显的增加趋势（图 ７ｂ）；该时期 ＡＤ无明显的突变趋
势（图 ８ｂ）．１９６１—２０１０年玉米生育后期的 ＡＤ 呈增
加趋势，其中近 ２０年来的增加趋势尤为明显，近 ５０
年 ＡＤ的平均值为 ４．１ ｄ（图 ７ｃ）；Ｍ⁃Ｋ检测结果显示
该时期 ＡＤ无明显突变（图 ８ｃ）．
２􀆰 ４􀆰 ２ 空间变化特征　 １９６１—２０１０年东北农作区玉
１９１１期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 尹小刚等： 东北地区高温对玉米生产的影响及对策　 　 　 　 　
图 ６　 东北农作区不同年代玉米各生育期日最高温度大于 ３０ ℃积温的空间分布
Ｆｉｇ．６　 Ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｂｏｖｅ ３０ ℃ （ＡＴ） ｏｆ ｍａｉｚｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｎ ＮＦＲ ｆｒｏｍ １９６１ ｔｏ
２０１０．
米生育期内 ＡＤ 的平均值为 ３ ～ ３５ ｄ，其中兴安岭
区、三江平原区、长白山区和松辽平原北部地区 ＡＤ
值较小，大多数年代为 ３ ～ １５ ｄ；辽东滨海区以及松
辽平原区西部和南部地区 ＡＤ 值较大，为 １５ ～ ３５ ｄ；
８０ 年代 ＡＤ值最小，９０年代和 ２１世纪初期 ＡＤ值较
大；同时，全生育期 ＡＤ 值为 ３ ～ １０ ｄ 的地区呈明显
减少趋势，ＡＤ值为 ２５ ～ ３０ ｄ 的地区呈明显增加趋
势（图 ９ｄ）．近 ５０年来玉米营养生长期的 ＡＤ平均值
为 ０～１２ ｄ，ＡＤ低值区主要分布在兴安岭区、三江平
原东部地区、长白山区和辽东滨海区东南部地区，
１９６１—１９８０年 ＡＤ值均为 ０～３ ｄ，近 ２０ 年有明显增
加趋势，ＡＤ值增加到 ６ ～ ９ ｄ；松辽平原西部地区和
辽东滨海区西部地区 ＡＤ 值较高，为 ９ ～ １２ ｄ；８０ 年
代全区 ＡＤ值较低，２１世纪初期全区 ＡＤ值最高（图
９ａ）．近 ５０年东北农作区玉米开花期 ＡＤ平均值为 ０～
９ ｄ，兴安岭区、三江平原区和松辽平原北部地区 ＡＤ
值较小，松辽平原西南部地区 ＡＤ值较大；６０年代 ＡＤ
值较低，９０年代 ＡＤ值较高（图 ９ｂ）．１９６１—２０１０年东
北农作区玉米生育后期 ＡＤ平均值为 ０～１２ ｄ，兴安岭
区、三江平原区、松辽平原北部地区和长白山区北部
地区 ＡＤ值较小，多年平均值为 ０～３ ｄ；松辽平原西南
部地区、长白山区南部地区和辽东滨海区 ＡＤ 值较
高，多年平均值为 ６～１２ ｄ；６０年代 ＡＤ 值较小，９０ 年
代和 ２１世纪初 ＡＤ值较大（图 ９ｃ）．
２９１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
图 ７　 １９６１—２０１０年东北农作区玉米各生育期日最高温度大于 ３０ ℃天数的变化
Ｆｉｇ．７　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｄａｙｓ ｗｉｔｈ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｂｏｖｅ ３０ ℃ （ＡＤ） ｏｆ ｍａｉｚｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｎ ＮＦＲ ｆｒｏｍ
１９６１ ｔｏ ２０１０．
图 ８　 １９６１—２０１０年东北农作区玉米各生育期日最高温度大于 ３０ ℃天数的突变检测
Ｆｉｇ．８　 Ｍａｎｎ⁃Ｋｅｎｄａｌｌ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｄａｙｓ ｗｉｔｈ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｂｏｖｅ ３０ ℃ （ＡＤ） ｏｆ ｍａｉｚｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ
ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｎ ＮＦＲ ｆｒｏｍ １９６１ ｔｏ ２０１０．
２􀆰 ５　 极端高温对东北农作区玉米生产的影响
近 ５０年来东北农作区玉米产量总体呈显著上
升趋势，平均增产速率为 １４５ ｋｇ·ｈｍ－２·ａ－１；产量
波动较大，近 １０年产量增加速度变缓（图 １０ｇ）．６ 个
典型站点的玉米单产均呈显著增加趋势，明水、富
锦、公主岭、前郭、阜新和庄河的玉米增产速率分别
３９１１期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 尹小刚等： 东北地区高温对玉米生产的影响及对策　 　 　 　 　
图 ９　 东北农作区不同年代玉米各生育期日最高温度大于 ３０ ℃天数的空间分布
Ｆｉｇ．９　 Ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｄａｙｓ ｗｉｔｈ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｂｏｖｅ ３０ ℃（ＡＤ） ｏｆ ｍａｉｚｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｎ
ＮＦＲ ｆｒｏｍ １９６１ ｔｏ ２０１０．
为 １１８． ４９、 １６９． ６４、 ２５３． １９、 １９０． ９９、 １３８． １８、 ７５􀆰 ９４
ｋｇ·ｈｍ－２·ａ－１（图 １０ａ～ ｆ）．近 ２０年各个典型站点的
玉米气象单产的波动明显大于前 ３０ 年，表明近 ２０
年气候变化对玉米生产的影响更加显著．
东北农作区各个典型站点玉米全生育期内的高
温与玉米气象单产之间均呈负相关关系，其中前郭、
公主岭和阜新等站点全生育期的 ＡＴ、ＡＤ 与玉米气
象单产之间的相关性呈显著负相关（表 ２）．表明高
温是影响玉米产量的主要气候风险之一，因为高温
将加速玉米生长发育，玉米生育期缩短；高温胁迫不
利于干物质积累，籽粒形成受到影响，从而影响玉米
产量．
统计分析发现，玉米营养生长期各个典型站点
ＡＴ、ＡＤ均与玉米气象单产呈负相关，其中前郭和公
主岭的玉米气象单产与 ＡＴ、ＡＤ呈显著负相关，阜新
的玉米气象单产与 ＡＴ、ＡＤ的负相关极显著．整个东
北农作区的玉米气象单产也与 ＡＴ 和 ＡＤ 呈显著负
相关，表明玉米营养生长期的高温显著影响东北农
作区玉米产量．前郭、阜新等东北农作区西部地区春
旱频繁发生，高温发生的同时也加剧了土壤蒸散，使
得该地区的干旱风险进一步增加，玉米生产的气候
风险显著增加．
开花期是玉米对高温最敏感的时期，由于光合
作用对高温极其敏感，因此该时期的极端高温将显
４９１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
图 １０　 １９６１—２０１０年东北农作区典型站点和全区玉米实际单产及气候单产的变化
Ｆｉｇ．１０　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｍａｉｚｅ ａｃｔｕａｌ ａｎｄ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｙｉｅｌｄｓ ｉｎ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｔａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｗｈｏｌｅ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ ＮＦＲ ｆｒｏｍ １９６１ ｔｏ ２０１０．
ａ）明水 Ｍｉｎｇｓｈｕｉ； ｂ）富锦 Ｆｕｊｉｎ； ｃ）公主岭 Ｇｏｎｇｚｈｕｌｉｎｇ； ｄ）前郭 Ｑｉａｎｇｕｏ； ｅ）阜新 Ｆｕｘｉｎ； ｆ）庄河 Ｚｈｕａｎｇｈｅ； ｇ）东北农作区 ＮＦＲ．
著影响玉米光合作用，同时籽粒灌浆和干物质积累
也将受到很大影响．表 ２ 结果显示，ＡＴ、ＡＤ 均与大
部分站点的玉米气象产量呈负相关；其中 ＡＴ 与前
郭、阜新的玉米单产呈极显著负相关，ＡＤ 与前郭、
阜新和庄河的玉米气象单产呈显著负相关，表明花
期高温对东北农作区西南部地区的玉米产量造成了
显著的影响．然而，开花期的高温与富锦的玉米气候
单产之间呈正相关但不显著，这表明高温对该地区
玉米花期具有一定的正效应，这可能是由于富锦地
处三江平原中北部，花期的高温还未达到抑制玉米
生长发育的阈值，温度升高对该地区的玉米开花具
有一定的积极作用．
玉米生育后期的 ＡＴ 和 ＡＤ 与各个站点的玉米
气象单产之间均呈负相关，其中 ＡＴ 与阜新的玉米
单产之间呈显著负相关，ＡＤ 与前郭和阜新的玉米
单产之间呈显著负相关．阜新和前郭均处于东北农
作区的西部干旱地区，而降雨相对较多的富锦和庄
河的 ＡＴ、ＡＤ与玉米气象单产之间的相关系数较小，
这表明东北农作区干旱地区玉米生育后期更容易受
到高温的不利影响．
５９１１期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 尹小刚等： 东北地区高温对玉米生产的影响及对策　 　 　 　 　
表 ２　 ＡＴ、ＡＤ与典型站点玉米气候产量的相关性分析
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＡＴ， ＡＤ ａｎｄ ｍａｉｚｅ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｙｉｅｌｄ ｉｎ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｔａｔｉｏｎｓ
站点
Ｓｔａｔｉｏｎ
营养生长期
Ｖｅｇｅｔａｔｉｖｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｈａｓｅ
ＡＴ ＡＤ
开花期
Ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ｐｈａｓｅ
ＡＴ ＡＤ
生育后期
Ｌａｔｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｈａｓｅ
ＡＴ ＡＤ
全生育期
Ｗｈｏｌｅ ｇｒｏｗｔｈ ｓｅａｓｏｎ
ＡＴ ＡＤ
明水 Ｍｉｎｓｈｕｉ －０．２０ －０．１４ －０．０９ －０．０９ －０．１１ －０．１３ －０．１９ －０．１６
富锦 Ｆｕｊｉｎ －０．０９ －０．１０ ０．０１ ０．０９ －０．０９ －０．０７ －０．０９ －０．０２
前郭 Ｑｉａｎｇｕｏ －０．３５∗ －０．２７∗ －０．３９∗∗ －０．３５∗ －０．２４ －０．３２∗ －０．４８∗∗ －０．４８∗∗
公主岭 Ｇｏｎｇｚｈｕｌｉｎｇ －０．３２∗ －０．２９∗ －０．１９ －０．１１ －０．２３ －０．１６ －０．３７∗∗ －０．２９∗
阜新 Ｆｕｘｉｎ －０．５１∗∗ －０．４５∗∗ －０．３８∗∗ －０．３６∗ －０．４８∗∗ －０．４４∗∗ －０．６２∗∗ －０．５７∗∗
庄河 Ｚｈｕａｎｇｈｅ －０．０４ －０．１０ －０．２３ －０．３０∗ －０．０６ －０．０３ －０．０８ －０．１５
东北农作区 ＮＦＲ －０．３３∗ －０．２９∗ －０．２１ －０．１３ －０．１３ －０．１７ －０．３４∗ －０．２９∗
∗Ｐ＜０．０５； ∗∗Ｐ＜０．０１．
３　 讨　 　 论
本研究基于历史统计数据分析了 １９６１—２０１０
年东北农作区玉米生育期内高温风险的时空分布特
征及其对玉米生产的可能影响．结果表明，气候变暖
背景下东北农作区玉米生产的高温风险显著增加．
花期和灌浆期是玉米对高温最敏感的时期，该时期
的高温胁迫将严重影响玉米产量［８－９，１２］ ．东北农作区
玉米生长季一般从 ５ 月持续到 ９ 月，７ 月和 ８ 月是
东北农作区全年温度最高的季节，此时正值玉米开
花和灌浆的关键时期，玉米开花期的高温容易对玉
米生产造成不利影响．然而本研究发现，东北农作区
玉米开花期高温风险小于其他两个生育时期，这与
Ｌｏｂｅｌｌ等［８－９］在非洲和美国的研究有所不同．这可能
是因为玉米开花期正值东北雨季，降雨能够减少极
端高温引起的土壤水分蒸发，降低植株冠层温度，减
轻高温对玉米生长的不利影响；同时，长期的高温胁
迫使玉米品种对花期高温具有一定的耐逆性，能够
减轻开花期高温风险对玉米生产的不利影响．东北
农作区玉米营养生长期的高温风险最大，该时期的
高温风险将显著降低玉米产量（表 ２）．营养生长期
高温将加速玉米营养生长，使玉米营养生长期缩短，
影响玉米后期生长发育；高温条件下作物花器官发
育较快而不充实，生殖器官发育不良，无效花粉增
加，可能导致后期不能正常授粉［３３］ ．玉米营养生长
期的高温将显著降低叶片光合强度、叶绿素和类胡
萝卜素含量，ＰＥＰＣａｓｅ 和 ＲｕＢＰＣａｓｅ 活性降低，ＰＳⅡ
效率下降，从而显著影响玉米产量［１３，１５］ ．东北农作区
玉米生育后期也面临较高的高温风险，该时期是玉
米产量形成的关键时期，高温胁迫将显著降低玉米
灌浆速率，从而显著降低玉米产量．高温可能从两个
方面影响玉米灌浆速率，一是高温缩小了籽粒体积
而降低灌浆速率；二是高温使得茎叶的干物质积累
量和同化物供应能力下降，从而降低灌浆速率．高温
也将降低植株对水分和养分的吸收利用，限制玉米
产量［３４］ ．
高温往往伴随着干旱，研究发现，东北农作区玉
米营养生长期的高温风险较高的地区干旱频繁发
生［３５］ ．这可能是由于高温加速了土壤和作物蒸腾，
使干旱发生加剧，玉米受灾减产的风险增加．松辽平
原区和辽东滨海区是东北农作区玉米生育期内高温
风险最高的地区．高温风险高的地区积温较高，而北
部积温较低的地区很少受到高温威胁．因此，为了减
少高温对东北农作区粮食生产的不利影响，在高温
风险较高的地区增加耐高温作物（如水稻等）的种
植面积，减少玉米种植面积，将玉米种植重心适当北
移，有利于保障东北农作区的粮食安全．东北农作区
西部地区玉米营养生长期高温风险明显大于其他地
区，选育耐高温品种、培育壮苗、选择适宜的土壤耕
作技术和优化水肥管理可以缓解高温对该时期玉米
生长发育的不利影响［２９，３４，３６］ ．开花期和生育后期的
高温风险空间分布基本一致，主要分布在松辽平原
南部地区和辽东滨海区，这两个时期是玉米生殖生
长的关键时期，高温将直接影响玉米产量，优化水肥
管理和施用化控调节剂可以减轻高温对玉米生长发
育的不利影响［３４］ ．
４　 对策措施
以上结果表明，玉米生育期内的高温风险呈增
加趋势，东北农作区西南部地区高温风险大于其他
地区，高温风险是造成东北农作区玉米减产的主要
气候限制因子．如何减轻高温对东北农作区玉米生
产的不利影响是当前东北农作区玉米生产亟需解决
的问题．本文综合现有研究，结合东北农作区农业生
产现状，从作物布局优化、玉米生产管理措施调整以
及防灾减灾技术应用等角度提出东北农作区玉米生
６９１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
产应对极端高温的适应措施．这些适应措施主要包
括以下 ６个方面：１）优化作物布局．研究发现，东北
农作区西南部地区玉米高温风险大，中北部地区高
温风险较小；适当减少西南部地区的玉米种植，增加
其他耐热作物种植面积，构建合理的种植制度是区
域应对高温风险的有效措施．２）选择耐高温的玉米
品种．研究发现，耐热玉米基因型在高温胁迫下具有
较高的叶绿素含量和光合能力，能够较好适应高温
环境，产量受到高温的影响较小．因此选择结实较
好、植株叶片短且厚实、叶片直立且持绿时间长、光
合效率高的耐逆品种是降低高温对玉米伤害的有效
措施［３７］ ．３）调整播期．提前播种可以躲避灌浆期的
高温；早播配合使用地膜能够更好地培养壮苗，构建
壮株和耐高温群体，减轻后期高温对玉米生产的不
利影响．４）合理的土壤耕作技术可以有效地改变土
壤水热状况，促进玉米的生长发育．深松能够促进玉
米根系生长，提高花后的灌浆速率［３８］ ．以深松为核
心的宽窄行种植技术，不仅可以改善土壤水肥条件，
也可以增大单株叶面积，改善玉米群体的上部结构，
提高光能利用率，增加单株干物质量，提高玉米产
量［３６］ ．５）加强水肥调控．研究发现，增施有机肥能够
有效缓解根系衰老，增施锌肥可以增加玉米次生根
数量和单株干物质量，钾肥可以改善玉米叶片气孔
调节能力、提高叶片水分含量，增加玉米抗旱
性［３９－４０］ ．综上，增施有机肥、施用微量元素锌肥和后
期补充钾肥可以增加玉米耐热性．合理的灌溉可以
降低田间温度，灌溉后玉米能得到充足的水分，加强
蒸腾作用，使冠层温度降低，从而有效降低高温风
险．６）其他适应技术．施用化控调节剂可以增强玉米
耐热能力，高温锻炼也有助于增强玉米耐热性［３４］ ．
５　 结　 　 论
１９６１—２０１０年东北农作区玉米生育期内日最
高温度的升高趋势显著，玉米全生育期、营养生长
期、开花期和生育后期日最高温度的增温速率分别
为 ０．１６、０．１４、０．０６和 ０．２３ ℃·１０ ａ－１ ．近 ５０ 年来东
北农作区玉米全生育期内 ＡＴ明显增加．玉米营养生
长期、开花期和生育后期 ＡＴ 年际波动较大，玉米营
养生长期 ＡＴ呈明显的上升趋势，其他两个时期 ＡＴ
增加趋势不明显．玉米全生育期内 ＡＤ 呈增加趋势，
不同生育时期内 ＡＤ 值年际波动较大，其中玉米生
育后期 ＡＤ 明显升高，其他两个生育时期 ＡＤ 增加
趋势不明显．玉米生育期内极端高温风险增加，其中
玉米营养生长期 ＡＴ 明显增加，生育后期 ＡＤ 明显
增加．
近 ５０年来，玉米全生育期内极端高温显著影响
东北农作区玉米生产，玉米营养生长期的极端高温
对产量的不利影响十分显著，东北农作区西部地区
玉米开花期及生育后期受极端高温的不利影响也十
分显著．东北农作区近 ２０年玉米高温风险明显高于
前 ３０年．松辽平原西部和南部地区的高温风险明显
高于其他地区．松辽平原区玉米营养生长期高温风
险高于其他地区；开花期和生育后期的高温风险区
主要集中在东北农作区的西南部地区．优化东北农
作区作物布局，选择耐高温玉米品种，调整玉米播
期，运用合理的土壤耕作技术，加强水肥管理，同时
配合施用化控调节剂等是当前东北农作区玉米生产
应对高温风险的有效对策．
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作者简介　 尹小刚，男，１９８７ 年生，博士．主要从事气候变化
对玉米生产的影响研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｙｉｎｘｉａｏｇａｎｇｃａｕ＠ ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ
责任编辑　 张凤丽
８９１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷